СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ РЕЛЬСОВЫХ НАКЛАДОК Российский патент 2007 года по МПК C21D9/04 C21D1/60 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам термической обработки рельсовых накладок, применяемым в верхнем строении железнодорожного пути.

Известен способ термической обработки заготовок [1], включающий нагрев под штамповку и регулируемое охлаждение в водном растворе полимера акрилатного типа с температурой 65-98°С и вязкостью ν ₆₀=сСт до температуры, находящейся в интервале между нижней границей выделения карбидной фазы и температуры начала смачивания полимером поверхности заготовки. Недостатком этого способа является то, что применяемый в качестве закалочной среды водный раствор полимера с регламентированной температурой и вязкостью может быть использован только для закалки ряда легированных сталей из-за низкой скорости охлаждения среды. Скорость охлаждения указанной среды недостаточна для закалки заготовок из углеродистой стали, она не обеспечит требуемую твердость и прочность металла.

Известно также термическое упрочнение рельсовой подкладки быстродвижущимся потоком воды [2]. Этот способ термической обработки приемлем только для закалки накладок из низкоуглеродистой стали. Из-за высокой скорости охлаждения указанная среда не может быть использована для закалки рельсовых накладок из углеродистой стали, в противном случае приведет к образованию в поверхностном слое накладок хрупкой троосто-мартенситной структуры.

Известен также способ термической обработки рельсовых накладок [3], прототип, включающий нагрев под прошивку отверстий до температуры 860-880°С и охлаждение в масле. В данном способе использование масла в качестве закалочной среды обеспечивает равномерное распределение свойств по сечению накладок, однако это не гарантирует высокую работоспособность рельсовых накладок в условиях грузонапряженного скоростного движения. Кроме этого, использование масла значительно ухудшает экологическую атмосферу в цехе.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются: повышение эсплуатационной стойкости накладок за счет уменьшения межпластиночного расстояния перлита и количества структурно-свободного феррита в поверхностном слое накладок, повышения ее твердости, а также улучшения экологических условий труда.

Для этого предлагается способ термической обработки рельсовых накладок, включающий нагрев под прошивку отверстий до температуры 860-880°С, причем охлаждение проводят в негорючей железосодержащей соли полиакриловой кислоты, разбавленной водой в объемном соотношении 1:8, при температуре 20-60°С.

Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем исходя из требований к микроструктуре, механическим свойствам и твердости углеродистой стали.

Негорючий раствор железосодержащей соли полиакриловой кислоты, разбавленный водой в объемном соотношении 1:8 при температуре 20-60°С, выбран исходя из условия необходимости получения на поверхности накладок достаточно высокой твердости, образования тонкопластинчатой перлитной структуры и подавления грубых выделений избыточного феррита. С увеличением соотношения воды (более 8 частей) в водополимерном растворе, а также при температуре раствора ниже 20°С на поверхности накладок образуется тонкий теплоизолирующий слой, приводящий к образованию в поверхностных слоях хрупкой троосто-мартенситной структуры. С повышением температуры раствора выше 60°С наблюдается ухудшение состояния окружающей среды вследствие сильного выделения пара и увеличение расхода воды в растворе. Меньшее соотношение воды в водополимерном растворе (менее 8 частей) не обеспечивает требуемые механические свойства и ведет к увеличению расхода полимера, что экономически нецелесообразно.

Способ был реализован в промышленных условиях на рельсовых накладках для рельсов типа Р65. Накладки, нагретые до температуры 860-880°С после прошивки отверстий, погружали в закалочный бак, наполненный водополимерным раствором. Для перемешивания указанной закалочной среды использовали сжатый воздух, подаваемый с двух сторон закалочного бака через трубки с просверленными отверстиями. После термообработки исследовали микроструктуру закаленного металла, а также определяли механические свойства и твердость.

Технологические параметры термообработки рельсовых накладок приведены в таблице 1. Результаты механических испытаний и исследований микроструктуры в таблице 2.

Использование изобретения позволило повысить эксплуатационную стойкость рельсовых накладок за счет уменьшения межпластиночного расстояния перлита и количества структурно-свободного феррита в поверхностном слое накладок, значительно повышена твердость, исключено влияние паров масла на персонал.

Источники информации

1. А.С. СССР №1781310 А1, кл. C 21 D 1/56, 1/78.

2. A.C. СССР №1802822 A 3, кл. C 21 D 9/04.

3. ТИ 58-СП-036-2004 "Производство рельсовых скреплений".

4. ГОСТ 4133-73 "Накладки рельсовые двухголовые для железных дорог широкой колеи".

Таблица 1
Технологические параметры термообработки рельсовых накладок№Температура нагрева, °СТемпература закалки, °ССоотношение полимера и воды в водополимерном раствореТемпература водополимерного раствора, °С18608001:72028708101:76038758001:81548708051:82058607951:84568808001:86078307901:92088908001:960

Таблица 2
Результаты физико-механических испытаний и исследований микроструктуры№Микроструктура рельсовой накладкиТвердость рельсовой накладки, НВПредел текучестиВременное сопротивление разрывуОтносительное удлинениеОтносительное сужениеХолодный изгибповерхностного слояпо сечениюна поверхностипо сечениюН/мм²%головкишейки1Пластинчатый перлит + тонкая сетка ферритаПластинчатый перлит + грубая сетка феррита321-331248-255223-2295508701950Уд.2Пластинчатый перлит + грубая сетка ферритаПластинчатый перлит + грубая сетка феррита312-321223207-2124807302250Уд.3Троостит + мартенситПластинчатый перлит + тонкая сетка феррита388-401277-285262-26966010001345Неуд.4Тонкопластинчатый перлит + обрывки ферритной сеткиПластинчатый перлит + тонкая сетка феррита331-341269-277248-2556509901842Уд.5Тонкопластинчатый перлит + обрывки ферритной сеткиПластинчатый перлит + тонкая сетка феррита321-331262-269248-2416309901440Уд.6Тонкопластинчатый перлит + тонкая сетка ферритаПластинчатый перлит + тонкая сетка феррита312-321248-255231-2416009601647Уд.7Мартенсит + трооститТонкопластинчатый перлит + тонкая сетка феррита467-534301-285269-27770011001337Неуд.8Троостит +мартенситТонкопластинчатый перлит + тонкая сетка феррита375-388277-269248-2556509901340Неуд.прототипПластинчатый перлит + грубая сетка феррита269-2772552505708901440Уд.Требования ГОСТ 4133-235-388--≥54≥86≥10,0≥30,0Уд.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам термической обработки рельсовых накладок, применяемым в верхнем строении железнодорожного пути. Рельсовые накладки нагревают до температуры 860-880°С, осуществляют прошивку отверстий и охлаждение в негорючей железосодержащей соли полиакриловой кислоты, разбавленной водой в объемном соотношении 1:8, при температуре 20-60°С. Использование изобретения позволяет повысить эксплуатационную стойкость рельсовых накладок за счет уменьшения межпластиночного расстояния перлита и количества структурно-свободного феррита в поверхностном слое накладок, повысить ее твердость, а также улучшить экологические условия труда. 2 табл.

Способ термической обработки рельсовой накладки, включающий ее нагрев под прошивку отверстий до 860-880°С, прошивку отверстий и охлаждение, отличающийся тем, что охлаждение накладки производят в негорючей железосодержащей соли полиакриловой кислоты, разбавленной водой в объемном соотношении 1:8 при температуре 20-60°С.